近年来,数据采集极其利用遭到了人们愈来愈普遍的关注,数据采集系统也有了快速的发展,它能够广泛的遍及各类领域。

带无线通信数据采集器,它是选用数字化测量技术,把持续的模仿量(直流输入电压)转换成不连续、的数字方式并加以显示的仪表。由于计算机的普及应用,数据采集系统有了很大的发展,间接出现了通用的数据采集与自动测试系统。该数据采集系统有两类,一类以仪表仪器跟采集器、通用接口总线和计算机构成。这中系统有应用于实验室,在工业生产现场也有一定的运用。第二类以数据采集卡、程序总线和计算机构成,这一类在产业现场运用较多。20世纪80年代后期,数据采集进行了很大的变化,工业计算机跟单片机和大规模集成电路的组合,用软件管理,使系统的成本减低,体积变小,功能增加较大,数据处理能力加强很多。它研究信息数据的采集、存储、处理等相关数据。数据采集与检测技术是对生产现场各种参数进行采集,然后输入计算机,根据不同的需求由计算机进行相应的计算和处理,得到需要的数据。利用单片机、温度传感器跟无线模块够成的专用无线测温系统具有结构简单、工作可靠、价格低廉的优点,而得到了广泛的运用。随着工业的发展,对温度测量的要求较高,而且测量的范围也愈来愈广,对温度的检测技术的要求也愈来愈高。因此,温度测量的钻研也是重要的研究课题。现在由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛运用于电子及电工检测、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量区域,显示出强大的朝气。同时,由DVM 扩展而成的各种公共及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术增加到新的水平。积分式数字电压表是一种间接转换方式的数字电压表,它对输入模拟电压进行了积分并转换成中间量的时间或频率,然后由计数器将中间量转换成数字量。二. 总体方案设计2.1 系统原理及基本框图如图2.1所示,模拟电压经由档位切换到不同的分压电路衰减后,由隔离干扰送达A/D转换器进行A/D转换的过程,然后通过单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示,同时经过过串行通讯与上位机通信。A/D转换电路是数据采集系统中的不可缺少的一部分,也是计算机系统中一种重要的功能接口。目前市场上有两种常用的A/D转换芯片,一种是逐次逼近式的,如AD1674,他的特点是转换速度较高,功率较低。另一种是双积分式的,如ICL7135,他的特点是转换精度好、抗干扰能力非常强。但高位数的A/D转换器价格比较高。本文重点说明介绍的一种基于单片机的高精度、双积分型A/D转换电路,拥有电路体积小、成本低、性价比高、结构简单、调试简单和工作可靠的特点,有很好的实际运用价值。图2.1 基本框图双积分式ADC的电路如图2.2,运放A 1、R、C用来构成积分器,运放A2成为比较器。电路首先对未知的模拟输入电压U1用固定时间T1的积分,完了转为对标准电压U0举行反向积分,一直到积分输出返回起始值,反向积分时间为T0。如图2.3,输入电压U1越大,继而反向积分时间越长。整体采样期间,积分电容C上的充电电荷和放电电荷相同,继而有因为U0及T1均为常数,所以反向积分时间T0跟输入模拟电压U1成正比,这段时间单片机的内部计数器计数值与信号电压的多少成正比,此计数值就是U1所相应的数字量。1)硬件电路图如图2.4,运放电路A1、R、C构成积分电路,C的值喂0.聚丙烯电容是22μF,R的值500kΩ左右不变,A2是电压跟随器,为电路提供比较稳定的电压,A3作为电压比较器,保证A/D转换电平很快的翻转,CD4051为多路选择开关,单片机P1.0、P1.1、P1.2成为输出端口,控制他的地址选择端A、 B、C选择不同的通道传到积分器A1,U为即将进行A/D转换的模拟输入电压,Uin是积分器的输入电压,U0是比较电压,U1是基准电压,是使A/D 转换结果拥有更高的精度,基准电路为其提供精确的电压,建议运用精度为1%的精密电阻,单片机为89C51,其内部定时器T0对积分电路提供精确的时间定时,计数器T1用来记忆反向积分时间,INT0用来测量比较器电平变更。对需要测量的模拟输入信号和零点参考电压以及基准电压接到多路选择开关的输入端,通过单片机中的程序控制,轮流选择接入各路输入信号,通过积分电路分别和固定电压进行定时或定值积分。积分电路的输出信号用来比较器的输入信号与比较电压的比较,比较器输出翻转信号时,CPU计数器停止计数,继而得到零点参考电压的计数值,对这个数据进行处理计算后,完成A/D转换。2)转换过程由于要给积分电路提前积分零点,对系统上电阶段,积分电路首要是接通GND,等到比较器输出成为低电平时,继而会使积分电路进行一段时间的放电,以使得积分电容为零电荷。因此双积分电路的工作过程可分为三大阶段:(1)清零阶段:当比较器输出为低电平的时候,积分电容上聚集了很多的电荷,必须对他进行放电为后续的A/D转换输送精确的零起始点。就是对U0进行了定值积分,因为所欲可见放电时间根据U0、U1、R、C具体值的相关数剧对其进行鉴定。

（2）积分阶段:为u模拟输入电压Uin进程固定时间积分,积分时长为T1,由A/D的精度而决定,精度越高则积分时间越长,在这个阶段积分器的输出电压为(3)比较阶段:为模拟输入电压为定时积分,然后对零电平进行反向积分一直到比较器的输出发生翻转为止,这个阶段积分器的输出电压为所以比较器原理得U10=U1,由此可得其中T1、U0、R、C、U1都是常数,反过来说零电平的积分时间T0与模拟输入电压U成正比,T0就是所求的值。他的转换波形如图2.5。2.2积分电路的设计理论为了使积分电路中积分电容在放电过程当中尽量的放电至零,专程在LM324运放的同相输入端接上负电压由于在后面的过零较量器中,电容放电没有到零,其输出电平变会发生跳变,结合考虑,为了减小误差,我们可以在同相输入端接入一个-500mV电压。输入电路的作用有,把不同量程的被测的电压组合到A/D转换器需要的电压值。智能化数字电压表一般采用的是单片双积分型ADC芯片ICL7135,它要求输入电压0-±2V。

（1）正积分:也可以称为信号采集阶段。在这些阶段,经过单片机对其开关逻辑的控制电路进行控制。对检测电压Vx0或者Vx1积分。积分器的输出电压跟时间线性地增加成正比。正积分时间是由单片机控制,定时称作T,由于要考虑工频的干扰,我们通常设定充电时间T=40ms。

（2）反积分:也称为计数阶段。这个阶段,经过单片机,对开关逻辑进行控制。电路的控制跟基准电压Vf积分(3)自动回零:也称为复位阶段。在该阶段因为反积分,使得比较器输出由高电平变成了低电平,再经过单片机控制开关对逻辑控制电路动作,使得积分电容上的电荷充分释放,输出电压降到零下图为积分器和比较器的输出波形:图2.6 积分器和比较器的输出波形图三.硬件设计3.1 单片机的选择及介绍方案一:52单片机。优点是学习型单片机,控制简单,价格低。缺点是处理速度慢。方案二:PIC单片机。优点是其大部分指令都是单周期指令,软件计时精度高,性能稳定。缺点是基于上述的比较分析,虽然PIC单片机也能实现题目要求的基本功能,但对于本设计,使用52单片机,资源可以得到充分运用,性价比较高,所以采用方案一。单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。而且,它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器,如果程序没有正常工作,就会强制整个系统复位,还可以在程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用整个系统断电,从而保护你的硬件电路。3.2显示方法:在该单片机系统中,使用7段LED显示器构成8位显示器,段选线控制显示的字符,位选线控制显示位的亮或暗。方案一:静态显示静态显示,显示驱动电路具有输出锁存功能,单片机将所要显示的数据送出后就不用再管,直到下一次显示数据需要更新时再传送一次数据。编程容易,管理简单,显示亮度高,显示数据稳定,占用很少的CPU时间。但引线多,线路复杂,硬件成本高。方案二:动态显示动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新,显示数据会有闪烁感,占用的CPU时间多。我采用第二方案,因为这两种显示方式各有利弊;静态显示虽然数据稳定,占用很少的CPU时间,但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路,使用的硬件较多;动态显示虽然有闪烁感,占用的CPU时间多,但使用的硬件少,能节省线路板空间。当显示装置中有多个多段LED时,通常采用动态扫描驱动电路,节省开销。所以我采用第二方案。3.2 液晶显示部分显示接口用来显示系统的状态,命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块,采用一个16×1的字符型液晶显示模块,点阵图形式液晶由 M 行×N 列个显示单元组成,假设 LCD 显示屏有64行,每行有 128列,每 8列对应 1 个字节的 8 个位,每行由 16 字节,共 16×8=128个点组成,屏上 64×16 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应,每一字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 6×8 或 8×8点阵组成,即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节,并且要使每个字节的不同的位为‘1’,其它的为‘0’,为‘1’的点亮,为‘0’的点暗,这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说,显示字符就比较简单了,可让控制器工作在文本方式,根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址,设立光标,在此送上该字符对应的代码即可。